用于核磁共振成像的可调谐圆柱超构表面器件制造技术

本申请公开了一种用于核磁共振成像的可调谐圆柱超构表面器件及制备方法，其中，器件包括：印刷电路板、变电容器、环形导片和圆柱型支架，其中，印刷电路板包括电介质板和分别位于电介质板正面和背面的第一电极和第二电极，且第二电极在电介质板上的正投影位于第一电极在电介质板上正投影的两端，以构成平行板电容器；可变电容器与平行板电容器并联连接；第一环形导片和第二环形导片设置在器件两端，且第一环形导片和第二环形导片分别与两端的第二电极连接；圆柱型支架，用于使得印刷电路板稳定并规则的成圆周阵列排布，并且生成可成像区域。该器件的设计更符合人体形态，且能够适用于具有不同负载效应的受测物体的MRI检测。

【技术实现步骤摘要】
用于核磁共振成像的可调谐圆柱超构表面器件本申请为2019年9月19日申请的申请号为201910887862.3的“用于核磁共振成像的可调谐圆柱超构表面器件及制备方法”的专利申请的分案申请
本申请涉及核磁共振成像
，特别涉及一种用于核磁共振成像的可调谐圆柱超构表面器件。
技术介绍
MRI(MagneticResonanceImaging，核磁共振成像技术)为非介入探测方式，是医药、生物、神经科学领域的一项重要的基础诊断技术。传统MRI设备传输的信号强度主要取决于静磁场B0的强度，采用高磁场甚至超高磁场系统可以提高图像的信噪比、分辨率和缩短扫描时间。然而静磁场强度的增加会带来如下三个问题：1)射频(RF)场非均匀性增大，调谐难度增加；2)人体组织产热增加，带来安全隐患，患者还容易出现眩晕和呕吐等不良反应：3)购置成本大幅度增加，对大多数小规模医院来说是一种负担。因此，如何采用尽量小的静磁场强度同时能够获得高的成像质量成为MRI技术中一个至关重要的问题。针对上述问题，研究者已经提出了多种解决方案。第一种是射频线圈优化方法，该方法极大地促进了MRI中探测器分辨率及扫描速度的提高。研究表明利用平行成像法能够减少扫描时间，采用多通道线圈能实现更好的成像质量和更大的检测区域。然而该方案发展至今已相对比较完善，并且考虑到优化线圈需要对MRI系统进行重新设计，为实际应用带来诸多不便。第二种是使用特殊的造影剂来增强局部磁场，如稀土磁性原子或磁性纳米粒子。由于造影剂需要通过口服或注射进入到人体组织或器官中，存在潜在的副作用甚至危及生命，因此也不是最理想的方案。第三种是通过在MRI中引入具有高介电常数的板或柱状的介电谐振子来提高射频磁场的强度和降低比吸收率从而达到提高成像分辨率和减小信噪比的效果，该方法是一种能有效提高MRI特征的新趋势。超构表面(材料)的出现为MRI成像质量和效率的提高提供了一种新颖的更有效的方法。超构表面具有许多天然材料所不具备的特殊性质，利用电磁波与超构表面的金属或电介质基元间的相互作用及基元间的耦合效应，可以实现对电磁波传播路径与电磁场场强分布的控制。其工作原理是利用利用其结构单元的电磁谐振实现呈各向异性和梯度分布甚至是负数的电磁参数，并且通过对超构表面几何尺寸、形状和介电常数等参数的设计，能够实现对不同频点的谐振增强。超构表面在操纵电磁波的器件与设备的设计与制造中具有潜在的应用前景，而MRI正是其中一个重要的应用领域。评价MRI图像质量的指标主要有三个，分别是分辨率、信噪比和对比度。图像分辨率越高，能够显示的细节就越多；信噪比越高，图像越清晰，高度信噪比还可以支撑更高分辨率，或者可以缩短扫描时间；对比度是鉴别正常组织和病变组织的重要依据。超构表面能够通过改变核磁共振系统里的磁场分布，从而提高图像信噪比。然而，目前提出的超构表面器件的磁场分布均匀性和频率调节机制仍有待改进。
技术实现思路
本申请是基于专利技术人的以下发现而完成的：专利技术人发现，在目前的核磁共振系统中，采用平面型超构表面器件，存在磁场分布均匀性较差的缺陷。如图1所示，图1显示了平面型超构表面的近磁场分布情况，其中x方向表示沿第一电极方向，y方向表示在距离超构表面30mm的平面内且垂直于x的方向，z方向表示垂直于超构表面的高度方向。可以看到，在y方向和z方向，磁场的均匀性比较差，尤其是在z方向，磁场强度随着高度的增加快速衰减。磁场的不均匀性会导致不同部位信噪比增强倍数不同，从而图像对比度有一定改变，严重时还会影响病灶的判别。而磁场强度在高度方向上的快速衰减，则会导致超构表面的穿透深度不够，也就是能够增强的深度不够，对人体比较深的部位没有增强效果。此外，超构表面的谐振频率容易受到受测样品负载效应的影响，尤其是在高场(≥3T)条件下，这就会使得超构表面偏离其最佳工作状态，降低增强效果。为此，超构表面的频率可调设计是很有必要的。目前文献报道的调节频率的方法主要是调节金属丝的长度，这种方法使得结构设计变得复杂。本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请提供一种印刷线路板，用于形成超构表面器件，包括：电介质板；分别设置于所述电介质板正面和背面的第一电极和第二电极，所述第二电极在所述电介质板上的正投影位于所述第一电极在所述电介质板上正投影的两端，以构成结构电容，所述电介质板具有预设的厚度和介电常数，以作为所述结构电容的电介质，使得所述超构表面器件具有目标谐振频率。在一个实施例中，所述印刷线路板还包括可变电容器，所述可变电容器与所述结构电容并联连接。在一个实施例中，所述印刷线路板，包括两个所述第二电极，位于所述第一电极在所述电介质板上正投影的两端，并间隔设置于所述电介质板的背面。在一个实施例中，所述印刷线路板中，所述可变电容器的一端与所述第一电极电连接，所述可变电容器的另一端与所述两个第二电极中的任一一个电连接。本申请还提供一种圆柱型超构表面器件，包括；圆柱型支架；多个印刷线路板平行间隔设置于所述圆柱型支架，所述印刷线路板包括：电介质板；分别设置于所述电介质板正面和背面的第一电极和第二电极，所述第二电极在所述电介质板上的正投影位于所述第一电极在所述电介质板上正投影的两端，以构成结构电容，所述电介质板具有预设的厚度和介电常数，以作为所述结构电容的电介质，使得所述超构表面器件具有目标谐振频率。在一个实施例中，所述圆柱型超构表面器件中，所述印刷线路板还包括可变电容器，所述可变电容器与所述结构电容并联连接，以调节所述圆柱型超构表面器件的等效电容，将所述谐振频率调节至所述目标谐振频率。在一个实施例中，所述圆柱型超构表面器件中，所述印刷线路板包括两个所述第二电极，位于第一电极在所述电介质板上正投影的两端，并间隔设置于所述电介质板的背面。在一个实施例中，所述圆柱型超构表面器件中，所述可变电容器的一端与所述第一电极电连接，所述可变电容器的另一端与所述两个所述第二电极中的任一一个电连接。在一个实施例中，所述圆柱型超构表面器件中，还包括第一环形导片和第二环形导片，间隔相对设置于所述圆柱型支架的两端，所述第一环形导片和所述第二环形导片分别与所述两个第二电极连接。在一个实施例中，所述圆柱型超构表面器件中，所述第一环形导片和所述第二环形导片均为封闭环形。本申请的一个目的在于提出一种用于核磁共振成像系统的圆柱型超构表面器件，该器件的设计更符合人体形态，一方面可以节省空间占用，另一方面也可以使得超构表面距离受检测部位更近，得到更好的增强效果；此外，该圆柱型超构表面器件的谐振频率具有可调谐性，能够适用于具有不同负载效应的受测物体的MRI检测。本申请的另一个目的在于提出一种用于核磁共振成像系统的圆柱型超构表面器件的制备方法。为达到上述目的，本申请一方面实施例提出了一种用于核磁共振成像系统的圆柱型超构表面器件，包括：印刷电路板，所述印刷电路板包括电介质板和分别位于所述电介质板正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种印刷线路板，用于形成超构表面器件，其特征在于，包括：/n电介质板；/n分别设置于所述电介质板正面和背面的第一电极和第二电极，所述第二电极在所述电介质板上的正投影位于所述第一电极在所述电介质板上正投影的两端，以构成结构电容，所述电介质板具有预设的厚度和介电常数，以作为所述结构电容的电介质，使得所述超构表面器件具有目标谐振频率。/n

【技术特征摘要】
1.一种印刷线路板，用于形成超构表面器件，其特征在于，包括：
电介质板；
分别设置于所述电介质板正面和背面的第一电极和第二电极，所述第二电极在所述电介质板上的正投影位于所述第一电极在所述电介质板上正投影的两端，以构成结构电容，所述电介质板具有预设的厚度和介电常数，以作为所述结构电容的电介质，使得所述超构表面器件具有目标谐振频率。


2.如权利要求1所述的印刷线路板，其特征在于，还包括可变电容器，所述可变电容器与所述结构电容并联连接。


3.如权利要求2所述的印刷线路板，其特征在于，包括两个所述第二电极，位于所述第一电极在所述电介质板上正投影的两端，并间隔设置于所述电介质板的背面。


4.如权利要求3所述的印刷线路板，其特征在于，所述可变电容器的一端与所述第一电极电连接，所述可变电容器的另一端与所述两个第二电极中的任一一个电连接。


5.一种圆柱型超构表面器件，其特征在于，包括；
圆柱型支架；
多个印刷线路板平行间隔设置于所述圆柱型支架，所述印刷线路板包括：
电介质板；
分别设置于所述电介质板正面和背面的第一电极和第二电极，所述第二电极在所述电介质板上的正投影位于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵乾，池中海，孟永钢，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11